Enzimas: Fundamentos, Clasificación y Regulación de la Actividad Enzimática

Características Fundamentales de las Enzimas

Las enzimas son catalizadores biológicos altamente eficientes que presentan las siguientes características clave:

• Aumentan significativamente la velocidad de reacción sin consumirse en el proceso.
• Actúan en condiciones termodinámicamente favorables.
• No afectan el equilibrio final de la reacción, solo la velocidad a la que se alcanza.
• Son termolábiles, lo que significa que su actividad es sensible a la temperatura y pueden desnaturalizarse a temperaturas elevadas.
• Son eficaces en cantidades muy pequeñas.
• Presentan una alta especificidad por sus sustratos y el tipo de reacción que catalizan.
• Están sujetas a complejos controles celulares, genéticos y alostéricos, permitiendo la regulación de las vías metabólicas.
• Tienen un peso molecular que varía aproximadamente de 13.000 a 500.000 Dalton.

Clasificación de las Enzimas: Un Enfoque Sistemático

En función de su acción catalítica específica, las enzimas se clasifican en seis grandes grupos o clases, según la nomenclatura de la Comisión de Enzimas (EC):

1. Clase 1: OXIDORREDUCTASAS

   Catalizan la transferencia de hidrógenos (H) o electrones (e-) de un sustrato a otro. Están involucradas en reacciones de oxidación-reducción.

   Ejemplo: A_red + B_ox ⇄ A_ox + B_red

2. Clase 2: TRANSFERASAS

   Catalizan la transferencia de un grupo químico (distinto de hidrógeno) de un sustrato a otro.

   Ejemplo: La enzima glucoquinasa, que transfiere un grupo fosfato a la glucosa.

3. Clase 3: HIDROLASAS

   Catalizan la ruptura de enlaces C-O, C-N, C-S y O-P mediante la adición de agua (hidrólisis).

   Ejemplo: A-B + H₂O ⇄ AH + B-OH

4. Clase 4: LIASAS

   Catalizan reacciones de ruptura o formación de enlaces sin hidrólisis ni oxidación, a menudo formando dobles enlaces o anillos.

   Ejemplo: A-B ⇄ A + B

5. Clase 5: ISOMERASAS

   Catalizan la interconversión de isómeros, es decir, rearreglos de átomos dentro de una misma molécula.

   Ejemplos: La fosfotriosa isomerasa y la fosfoglucosa isomerasa.

   Esquema general: A ⇄ B

6. Clase 6: LIGASAS

   Catalizan la unión de dos sustratos con hidrólisis simultánea de un nucleósido trifosfato (ATP, GTP, etc.), lo que proporciona la energía necesaria para la reacción.

   Ejemplo: A + B + ATP ⇄ A-B + ADP + Pi

   Ejemplos de enzimas: Enzimas activadoras de aminoácidos (AA), Acetil-CoA Sintetasa.

Conceptos Clave en Enzimología

Isoenzimas

Son diferentes formas moleculares de una misma enzima que catalizan la misma reacción, pero que pueden diferir en su estructura, propiedades cinéticas o distribución tisular.

Ejemplo: La enzima Lactato Deshidrogenasa (LDH) cataliza la reacción: Lactato ⇄ Piruvato.

La LDH tiene 5 isoenzimas principales, con diferentes distribuciones en los tejidos:

• LDH1 y LDH2: Predominantes en corazón y eritrocitos.
• LDH3: Presente en pulmones, bazo y riñones.
• LDH4 y LDH5: Predominantes en hígado y músculos esqueléticos.

Enzimas Alostéricas

Son enzimas que cambian su conformación tridimensional al unirse a un efector (molécula reguladora) en un sitio diferente al sitio activo (sitio alostérico). Este cambio conformacional conduce a una alteración en la afinidad de unión de otro ligando (sustrato o efector) en un sitio diferente de la molécula, regulando así su actividad.

Sistemas Multienzimáticos

Las enzimas pueden encontrarse libres en el citoplasma, en orgánulos específicos, integradas en estructuras de membrana o formando sistemas multienzimáticos. Estos sistemas son complejos de varias enzimas diferentes, ordenadas de tal modo que el producto de la reacción catalizada por la primera enzima es recibido como sustrato por la segunda, y así sucesivamente, optimizando la eficiencia metabólica.

Cofactores Enzimáticos

Son sustancias no proteicas, termoestables, que la mayoría de las enzimas requieren para su función catalítica. Pueden encontrarse fuerte o débilmente unidas a la enzima. Se clasifican en:

• a) Coenzimas: Son moléculas orgánicas relativamente pequeñas, no proteicas, termoestables y dializables. A menudo derivan de vitaminas.
• b) Activadores: Pueden ser iones metálicos, mono y divalentes, como Fe²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, etc., que facilitan la actividad enzimática.
• c) Grupo Prostético: Es un cofactor que se encuentra covalentemente y de forma permanente unido a la enzima.

Apoenzima y Holoenzima

La Apoenzima es la parte proteica de una enzima que requiere un cofactor para ser activa. Cuando la apoenzima se une a su cofactor, forma la Holoenzima, que es la enzima completa y funcional.

Factores que Modifican la Actividad Enzimática

La actividad de las enzimas es altamente sensible a las condiciones del entorno. Los principales factores que influyen en su velocidad de reacción son:

• Concentración de la enzima: A mayor concentración de enzima, mayor velocidad de reacción (si el sustrato no es limitante).
• Concentración del sustrato: La velocidad de reacción aumenta con la concentración de sustrato hasta alcanzar la saturación de la enzima.
• Temperatura: Cada enzima tiene una temperatura óptima. Temperaturas muy bajas disminuyen la actividad, mientras que temperaturas muy altas pueden causar desnaturalización.
• pH: Cada enzima tiene un pH óptimo. Desviaciones significativas del pH óptimo pueden alterar la estructura tridimensional de la enzima y reducir su actividad.

Trabajo Práctico: Determinación de la Actividad de Diastasa en Miel de Abejas

Objetivo

Estudiar el comportamiento enzimático de la enzima diastasa (amilasa) presente en la miel de abejas.

Fundamento del Método

El método se basa en la hidrólisis enzimática de un sustrato de almidón tamponado por la diastasa presente en la muestra de miel. La actividad enzimática se determina indirectamente mediante la adición de un reactivo de yodo.

El yodo produce una coloración azul-negra intensa con el almidón no hidrolizado. La disminución del color en los tubos de la muestra (desconocido) después de la incubación, en comparación con un tubo control (sin enzima activa o con enzima inactivada), es una medida directa de la actividad de la diastasa en la muestra. Esta actividad se expresa comúnmente en Unidades de Diastasa (UD).